Experimentally investigated “CoronaDerm-PS”-driven SARS-CoV-2-specific cellular immunity and safety

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Novel coronavirus disease 2019, caused by the SARS-CoV-2, initiate humoral and cellular immune responses against diverse virus antigens. The assessment of SARS-CoV-2-specific is mainly carried out in routine practice by determining specific immunoglobulins. However, high variability in S-protein structure in new genovariants of SARS-CoV-2 virus and the lack of correlation between specific antibodies and CD8+ T-lymphocytes underlie false negative responses, and mass assessment of cellular immunity is complicated due to the complexity of applying ELISPOT and cytofluorometry techniques. To solve this issue, a diagnostic method was developed for assessing SARS-CoV-2-specific cellular immune response, which is based on a skin test followed by evaluating a delayed-type hypersensitivity reaction involving antigen-specific memory T-lymphocytes. A diagnostic preparation CoronaDerm-PS is based on Cord_PS, which is a hybrid recombinant protein consisting of parts of the SARS-CoV-2 structural proteins S, M, N, E. The specific activity of this chimeric antigen was analyzed in cultured T-lymphocyte activation test by assessing interferon-γ production using cytofluorometry. To investigate the chimeric antigen specific activity, a preclinical safety study with CoronaDerm-PS preparation in experimental animals was conducted. A dose-dependent developing skin reaction was observed in 90–100% of guinea pigs vaccinated by EpiVacCorona, CoviVac, Gam-COVID-Vac, which confirms a potential for assessing post-vaccination cellular immunity using CoronaDerm-PS preparation. Upon this, the presence of functionally active T-cell-antigenic epitopes in the recombinant polypeptide allows to evaluate SARS-CoV-2-specific response illustrated by detected response after Gam-COVID-Vac (S-protein) and EpiVacCorona (N-protein) vaccination. Thus, a skin test based on CoronaDerm-PS preparation may be a promising diagnostic tool for rapid mass screening requiring no specialized laboratory equipment for assessing populational SARS-CoV-2-specific immunity. Such a test is distinguished by advantages such as ease of analysis, high specificity and sensitivity. The final decision-making on using this test in a real-world practice may achieved after conducting further clinical safety and effectiveness trials.

About the authors

T. V. Savin

St. Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Author for correspondence.
Email: savin@pasteurorg.ru

Allergist-Immunologist; Senior Laboratory Assistant, Department of Immunology

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

V. V. Kopat

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

Development Director

Russian Federation, St. Petersburg

A. A. Riabchenkova

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

Researcher

Russian Federation, St. Petersburg

E. L. Chirak

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

Researcher

Russian Federation, St. Petersburg

E. R. Chirak

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

Researcher

Russian Federation, St. Petersburg

A. I. Saenko

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

Chief Process Engineer

Russian Federation, St. Petersburg

I. V. Dukhovlinov

LLC “ATG Service-Gene”

Email: savin@pasteurorg.ru

PhD (Biology), Director of Science

Russian Federation, St. Petersburg

G. M. Sysoeva

State Research Centre of Virology and Biotechnology “Vector” of the Rospotrebnadzor

Email: savin@pasteurorg.ru

Head of the Department of Biological Research, Institute of Medical Biotechnology

Russian Federation, Kol’tsovo, Novosibirsk Region

S. G. Gamaley

State Research Centre of Virology and Biotechnology “Vector” of the Rospotrebnadzor

Email: savin@pasteurorg.ru

Head of the Department of Biological Research, Institute of Medical Biotechnology

Russian Federation, Kol’tsovo, Novosibirsk Region

G. G. Shimina

State Research Centre of Virology and Biotechnology “Vector” of the Rospotrebnadzor

Email: savin@pasteurorg.ru

Researcher, Department of Biological Research, Institute of Medical Biotechnology

Russian Federation, Kol’tsovo, Novosibirsk Region

O. S. Taranov

State Research Centre of Virology and Biotechnology “Vector” of the Rospotrebnadzor

Email: savin@pasteurorg.ru

Head of the Department of Microscopic Research

Russian Federation, Kol’tsovo, Novosibirsk Region

E. D. Danilenko

State Research Centre of Virology and Biotechnology “Vector” of the Rospotrebnadzor

Email: savin@pasteurorg.ru

PhD (Biology), Director of the Institute of Medical Biotechnology

Russian Federation, Kol’tsovo, Novosibirsk Region

A. S. Simbirtsev

St. Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: savin@pasteurorg.ru

RAS Corresponding Member, DSc (Medicine), Professor, Head of the Laboratory of Medical Biotechnology; Professor of the Department of Immunology

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

A. A. Totolian

St. Petersburg Pasteur Institute; Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: savin@pasteurorg.ru

RAS Full Member, DSc (Medicine), Professor, Head of the Laboratory of Molecular Immunology, Director; Head of the Department of Immunology

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Герасимова В.В., Колесник С.В., Кудлай Д.А., Гольдерова А.С. Оценка иммунного ответа SARS-СOV-2-специфичных Т-клеток методом ELISPOT // Acta Biomedica Scientifica. 2022. Т. 7. № 5–2. С. 96–102. [Gerasimova V.V., Kolesnik S.V., Kudlay D.A., Golderova A.S. ELISPOT assay of the SARS-CoV-2 specific T cells immune response. Acta Biomedica Scientifica, 2022, vol. 7, no. 5–2, pp. 96–102. (In Russ.)] doi: 10.29413/ABS.2022-7.5-2.10
  2. Иванова И.А., Филиппенко А.В., Труфанова А.А., Омельченко Н.Д., Чемисова О.С., Водопьянов А.С., Березняк Е.А., Соколова Е.П., Носков А.К., Тотолян А.А. Оценка формирования и напряженности адаптивного иммунитета у переболевших COVID-19 // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 2. C. 319–328. [Ivanova I.A., Filippenko A.V., Trufanova A.A., Omelchenko N.D., Chemisova O.S., Vodopyanov A.S., Bereznyak E.A., Sokolova E.P., Noskov A.K., Totolian A.A. Assessment of formation and durability of adaptive immunity in COVID-19 convasescents. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 2, pp. 319–328. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-AOF-2107
  3. Иммунологические методы. Под ред. Г. Фримель. М.: Медицина, 1987, 472 с. [Frimel G. Immunological methods. Moscow: Meditsina, 1987, 472 p. (In Russ.)]
  4. Копать В.В., Рябченкова А.А., Чирак Е.Л., Чирак Е.Р., Саенко А.И., Колмаков Н.Н., Симбирцев А.С., Духовлинов И.В., Тотолян А.А. Разработка структуры и штамма-продуцента E. coli для антигена, содержащего последовательности белков N, S, M, E коронавируса SARS-CоV-2 // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 4. C. 653–662. [Kopat V.V., Riabchenkova A.A., Chirak E.L., Chirak E.R., Saenko A.I., Kolmakov N.N., Simbirtsev A.S., Dukhovlinov I.V., Totolian A.A. Designing structure and E. coli strain-producer bearing SARS-CoV-2 N, S, M, E proteinrelated sequence antigen. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 4, pp. 653–662. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-DSA-15624
  5. Копать В.В., Рябченкова А.А., Чирак Е.Л., Чирак Е.Р., Саенко А.И., Кудрявцев И.В., Трулев А.С., Савин Т.В., Зуева Е.В., Симбирцев А.С., Тотолян А.А., Духовлинов И.В. Разработка технологии очистки, биохимическая и иммунологическая характеристика рекомбинантного химерного антигена для оценки Т-клеточного иммунитета против коронавирусной инфекции // Медицинская иммунология. 2024. Т. 26, № 3. С. 591–606. [Kopat V.V., Riabchenkova A.A., Chirak E.L., Chirak E.R., Saenko A.I., Kudryavtsev I.V., Trulioff A.S., Savin T.V., Zueva E.V., Simbirtsev A.S., Totolian A.A., Dukhovlinov I.V. Purification technology design, biochemical and immunological characteristics of the recombinant chimeric antigen for evaluation of T cell immunity against coronavirus infection. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2024, vol. 26, no. 3, pp. 591–606. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-PTD-2942
  6. Кудрявцев И.В., Головкин А.С., Тотолян Арег А. Т-хелперы и их клетки-мишени при COVID-19 // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. С. 409–426. [Kudryavtsev I.V., Golovkin A.S., Totolian Areg A. T helper cell subsets and related target cells in acute COVID-19. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 409–426. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-THC-1882
  7. Оценка аллергизирующих свойств фармакологических средств: Методические рекомендации № 98/300 (утв. Минздравом РФ 04.12.1998) [Assessment of allergic properties of pharmacological agents: methodological recommendations No. 98/300 (approved by the Ministry of Health of the Russian Federation on 04.12.1998) (In Russ.)]
  8. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая / Под ред. А.Н. Миронова. М.: Гриф и К, 2012. 944 с. [Guidelines for Conducting Preclinical Trials of Medicines. Part one / Ed. by A.N. Mironov. Moscow: Grif and K, 2012. 944 p. (In Russ.)]
  9. Bilich T., Nelde A., Heitmann J.S., Maringer Y., Roerden M., Bauer J., Rieth J., Wacker M., Peter A., Hörber S., Rachfalski D., Märklin M., Stevanović S., Rammensee H.G., Salih H.R., Walz J.S. T cell and antibody kinetics delineate SARS-CoV-2 peptides mediating long- term immune responses in COVID-19 convalescent individuals. Sci. Transl Med., 2021, vol. 13, no. 590. doi: 10.1126/scitranslmed.abf7517
  10. Bonifacius A., Tischer-Zimmermann S., Dragon A.C., Gussarow D., Vogel A., Krettek U., Gödecke N., Yilmaz M., Kraft A.R.M., Hoeper M.M., Pink I., Schmidt J.J., Li Y., Welte T., Maecker-Kolhoff B., Martens J., Berger M.M., Lobenwein C., Stankov M.V., Cornberg M., David S., Behrens G.M.N., Witzke O., Blasczyk R., Eiz-Vesper B. COVID-19 immune signatures reveal stable antiviral T cell function despite declining humoral responses. Immunity, 2021, vol. 54, no. 2, pp. 340–354.e6. doi: 10.1016/j.immuni.2021.01.008
  11. Brouwer P.J.M., Caniels T.G., van der Straten K., Snitselaar J.L., Aldon Y., Bangaru S., Torres J.L., Okba N.M.A., Claireaux M., Kerster G., Bentlage A.E.H., van Haaren M.M., Guerra D., Burger J.A., Schermer E.E., Verheul K.D., van der Velde N., van der Kooi A., van Schooten J., van Breemen M.J., Bijl T.P.L., Sliepen K., Aartse A., Derking R., Bontjer I., Kootstra N.A., Wiersinga W.J., Vidarsson G., Haagmans B.L., Ward A.B., de Bree G.J., Sanders R.W., van Gils M.J. Potent neutralizing antibodies from COVID-19 patients define multiple targets of vulnerability. Science, 2020, vol. 369, no. 6504, pp. 643–650. doi: 10.1126/science.abc5902
  12. Cassaniti I., Percivalle E., Bergami F., Piralla A., Comolli G., Bruno R., Vecchia M., Sambo M., Colaneri M., Zuccaro V., Benazzo M., Robotti C., Calastri A., Maiorano E., Ferrari A., Cambiè G., Baldanti F. SARS-CoV-2 specific T-cell immunity in COVID-19 convalescent patients and unexposed controls measured by ex vivo ELISpot assay. Clin. Microbiol. Infect., 2021, vol. 27, no. 7, pp. 1029–1034. doi: 10.1016/j.cmi.2021.03.010
  13. Cunningham A.J., Szenberg A. Further improvements in the plaque technique for detecting single antibody-forming cells. Immunology, 1968, vol. 14, no. 4, pp. 599–600. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1409394/
  14. Dan J.M., Mateus J., Kato Y., Hastie K.M., Yu E.D., Faliti C.E., Grifoni A., Ramirez S.I., Haupt S., Frazier A., Nakao C., Rayaprolu V., Rawlings S.A., Peters B., Krammer F., Simon V., Saphire E.O., Smith D.M., Weiskopf D., Sette A., Crotty S. Immunological memory to SARS-CoV-2 assessed for up to 8 months after infection. Science, 2021, vol. 371, no. 6529. doi: 10.1126/science.abf4063
  15. Jiang X.L., Wang G.L., Zhao X.N., Yan F.H., Yao L., Kou Z.Q., Ji S.X., Zhang X.L., Li C.B., Duan L.J., Li Y., Zhang Y.W., Duan Q., Wang T.C., Li E.T., Wei X., Wang Q.Y., Wang X.F., Sun W.Y., Gao Y.W., Kang D.M., Zhang J.Y., Ma M.J. Lasting antibody and T cell responses to SARS-CoV-2 in COVID-19 patients three months after infection. Nat. Commun., 2021, vol. 12, no. 1: 897. doi: 10.1038/s41467-021-21155-x
  16. Robbiani D.F., Gaebler C., Muecksch F., Lorenzi J.C.C., Wang Z., Cho A., Agudelo M., Barnes C.O., Gazumyan A., Finkin S., Hägglöf T., Oliveira T.Y., Viant C., Hurley A., Hoffmann H.H., Millard K.G., Kost R.G., Cipolla M., Gordon K., Bianchini F., Chen S.T., Ramos V., Patel R., Dizon J., Shimeliovich I., Mendoza P., Hartweger H., Nogueira L., Pack M., Horowitz J., Schmidt F., Weisblum Y., Michailidis E., Ashbrook A.W., Waltari E., Pak J.E., Huey-Tubman K.E., Koranda N., Hoffman P.R., West A.P.Jr., Rice C.M., Hatziioannou T., Bjorkman P.J., Bieniasz P.D., Caskey M., Nussenzweig M.C. Convergent antibody responses to SARS-CoV-2 in convalescent individuals. Nature, 2020, vol. 584, no. 7821, pp. 437–442. doi: 10.1038/s41586-020-2456-9
  17. Rook G.A., Steel J., Umar S., Dockrell H.M. A simple method for the solubilization of reduced NBT, and its use as a colorimetric assay for activation of human macrophages by gamma-interferon. J. Immunol. Methods, 1985, vol. 82, no. 1, pp. 161–167. doi: 10.1016/0022-1759(85)90235-2
  18. Rydyznski Moderbacher C., Ramirez S.I., Dan J.M., Grifoni A., Hastie K.M., Weiskopf D., Belanger S., Abbott R.K., Kim C., Choi J., Kato Y., Crotty E.G., Kim C., Rawlings S.A., Mateus J., Tse L.P.V., Frazier A., Baric R., Peters B., Greenbaum J., Ollmann Saphire E., Smith D.M., Sette A., Crotty S. Antigen-Specific Adaptive Immunity to SARS-CoV-2 in Acute COVID-19 and Associations with Age and Disease Severity. Cell, 2020, vol. 183, no. 4, pp. 996–1012. doi: 10.1016/j.cell.2020.09.038
  19. Tan A.T., Linster M., Tan C.W., Le Bert N., Chia W.N., Kunasegaran K., Zhuang Y., Tham C.Y.L., Chia A., Smith G.J.D., Young B., Kalimuddin S., Low J.G.H., Lye D., Wang L.F., Bertoletti A. Early induction of functional SARS-CoV-2-specific T cells associates with rapid viral clearance and mild disease in COVID-19 patients. Cell. Rep., 2021, vol. 34, no. 6. doi: 10.1016/j.celrep.2021.108728
  20. Wang Z., Yang X., Zhong J., Zhou Y., Tang Z., Zhou H., He J., Mei X., Tang Y., Lin B., Chen Z., McCluskey J., Yang J., Corbett A.J., Ran P. Exposure to SARS-CoV-2 generates T-cell memory in the absence of a detectable viral infection. Nat. Commun., 2021, vol. 12, no. 1: 1724. doi: 10.1038/s41467-021-22036-z
  21. Weigle W.O., Cochrane C.G., Dixon F.J. Anaphylactogenic properties of soluble antigen antibody complexes in the guinea pig and rabbit. J. Immunol., 1960, vol. 85, pp. 469–477. doi: 10.4049/jimmunol.85.5.469

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Savin T.V., Kopat V.V., Riabchenkova A.A., Chirak E.L., Chirak E.R., Saenko A.I., Dukhovlinov I.V., Sysoeva G.M., Gamaley S.G., Shimina G.G., Taranov O.S., Danilenko E.D., Simbirtsev A.S., Totolian A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».